Датчики газа (метана) ЦИТ САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана Анемометр
Содержание
  1. Что такое угарный газ
  2. Датчики Метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 (и угарного газа ДЗ-1-CO).
  3. Датчики метана ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) и их клапаны КЗЭУГ.
  4. Подключение датчиков метана ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) к щитам с ПЛК и автоматикой.
  5. Arduino-kit | электронные конструкторы и наборы, контроллеры, модули и датчики
  6. Датчик угарного газа | каталог самоделок
  7. Датчик угарного газа. схема анализатора концентрации угарного газа
  8. Датчики дыма и угарного газа ajax fireprotect plus
  9. Детектор угарного газа — контроль качества
  10. Детектор угарного газа — технология электрохимического зондирования
  11. Детектор угарного газа и фактор источника питания
  12. Исполнение детекторов угарного газа
  13. Конструктивное исполнение датчиков угарного газа
  14. Металлооксидные детекторы на дымовые газы
  15. Перспективы развития технологий детекторов дыма
  16. Последствия отравления угарным газом
  17. Разборка детектора
  18. Технологии обнаружения угарного газа
  19. Подведем итог

Что такое угарный газ

Угарный газ вырабатывается при горении углерода: дров, углей, природного газа. Этот газ не имеет цвета, вкуса, запаха, не раздражает горло. Но достаточно им немного подышать, и можно умереть, либо получить повреждения мозга. Во время пожаров больше людей умирает от отравления угарным газом, чем от огня.

Вы можете почитать в интернете разные страшные истории о том, как люди, у которых есть камин или просто газовый котёл, безо всяких заметных причин вдруг падали без сознания, а дальше в зависимости от того, успевали ли их вытащить из дома. Пары таких историй хватит для того, чтобы обвешать весь дом датчиками СО.

Итак, датчики СО надо ставить в следующих местах:

  • В котельной, работающей на газе (в дополнение к датчику самого газа)
  • Рядом с газовым водонагревателем (тоже в дополнение к датчику газа)
  • У печки, камина
  • В дровяной бане или сауне
  • В гараже (если у вас не электромобиль)

Не путайте датчики разных газов. Угарный газ СО вырабатывается при горении. Природный газ (тот, который подаётся по магистрали) и сжиженный газ (пропан, бутан) — это сами горючие газы, утечку которых надо детектировать отдельными датчиками. Дым требует отдельного датчика.

Не надо думать о том, что что-то многовато датчиков получается, это всё крайне важно.

Угарный газ по плотности близок к воздуху, немного легче. Он не стелится по полу (поэтому при подозрении на наличие его в воздухе лучше лечь на пол), но и не скапливается под потолком. В инструкции к датчикам газа Mavigard есть отличная схема, отражающая рекомендации по установке датчиков газов:

Датчик угарного газа рекомендуется ставить на высоте 1.5 метров от пола.

Датчики Метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 (и угарного газа ДЗ-1-CO).

Первым делом мы поговорим про датчики метана ДЗ-1-CH4 от ОВЕН, потому что мне они нравятся больше, и они удобны для применения в щитах автоматики.

Датчик опасной концентрации метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 в работе

Моё первое знакомство с таким датчиком было в щите котельной в Папушево (часть 3 — про подключение щита и всей автоматики котельной). Там этот датчик был установлен на консоли между двумя котлами и подключен в ПЛК. Датчик меня впечатлил, и я купил себе такой же и смонтировал около газовой варочной поверхности на кухне.

Датчик метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 смонтирован на консоли между котлами в котельной

Эти датчики имеют удобный алгоритм работы, который специально задуман для щитов с автоматикой: датчик имеет встроенное выходное реле, которое включается (переключает контакт), если концентрация метана выше порогового значения. Как только концентрация метана понизится — реле и режим тревоги датчика выключаются автоматически.

Вообще ОВЕН выпускает два типа датчиков: метана (ДЗ-1-CH4) и угарного газа (ДЗ-1-CO). Датчики отличаются только типом сенсора и алгоритмом его обработки (у метана одно реле и один порог, а у CO — два реле и два порога).

Схемы подключения этих датчиков идентичны и отличаются используемыми реле:

Схема включения датчика метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 (контакты реле)

Датчики выпускаются в пластиковом корпусе, задняя часть которого монтируется на стенку и содержит схему включения датчика:

Монтаж датчика метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 на стену (на дне корпуса нарисована его схема включения)

Сам датчик (его плата и клеммы для подключений) находится в другой половинке корпуса, которая держится на пластиковых штырях.

Корпус датчика метана ОВЕН держится на штырях-защёлках и легко открывается

Все кабели предполагается заводить в датчик через резиновые вводы.

Вводы кабелей в корпус датчика метана ДЗ-1-CH4 сделаны через резиночки снизу

Если эти неудобно (например, датчик монтируется для скрытой проводки), то можно просверлить заднюю стенку корпуса и завести кабели через неё, а эти резиночки не трогать.

На плате датчика мы видим сам сенсор (слева сверху), блок питания с 230 на 5 вольт и два реле. Сама плата стандартная и отличается только сенсором и прошивкой управляющего микроконроллера.

Плата датчика метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 (видны реле и блок питания)

Клеммы у датчика съёмные, и имеют удобные и большие винты. Подключать можно провода в наконечниках НШВИ на 0,5 или 0,75 кв.мм без проблем.

Технически для подключения этого датчика достаточно кабеля на 3 или 4 жилы (5 жил, так как на 4 жилы кабели выпускаются редко). Есть два варианта подключения:

У меня с момента покупки датчик висит просто включенным в розетку и работает как сигнализатор-пищалка вида «Ахтунг! Газ!», и пока никуда не подключен.

Датчик метана ОВЕН ДЗ-1-CH4 установлен рядом с кухонной варочной поверхностью

В будущем я думаю завести под него отдельный кабель (мой любимый МКШ) и затащить сигнал с него на вход моего домашнего ПЛК, чтобы тот поднимал тревогу и записывал эти события в журнал аварий. Но — ни разу с момента установки (2022 год) датчик не срабатывал (кроме тех случаев, когда я подносил его к комфорке плиты и пускал в него газ). И это хорошо!

Датчики метана ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) и их клапаны КЗЭУГ.

Датчик (сигнализатор) метана ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) вместе с клапаном КЗЭУГ для перекрытия газа

Этот датчик попил у меня много крови ещё заочно — когда он стоял в Котельной в Папушево, и было ни фига не понятно, как он работает, почему он истошно пищит при подаче питания и почему при отключении питания он каждый раз закрывает газ. Заказчик даже говорил, что клапан этого датчика вроде бы сломан, потому что нижний штырёк, при помощи которого этот клапан открывается, не втягивается внутрь, а постоянно остаётся ненажатым.

Датчик САКЗ-МК, установленный на вводе газа в котельную Папушево

Так вот, как я уже говорил в начале поста, теперь жизнь подвела меня к тому, чтобы разобраться во всём и написать для вас пост.

В текущем проекте, на основе которого написан этот пост, этот датчик должен был стоять на вводе газа в котельную небольшой квартиры в Адлере, а наш щит на ПЛК (СПК1xx) должен был получать состояние тревоги с этого датчика и по разным условиям выдавать команду на перекрытие газа на вводе в квартиру.

Подключение датчиков метана ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) к щитам с ПЛК и автоматикой.

Описывать всё в этом разделе я буду уже после опытов, которые кончились доколхозиванием транзисторного усилителя из гавна и палок прямо по месту в щите. В общем, вы получите всё готовенькое, а не непроверенные результаты.

Начинаем мы со схемы, которая есть в одном из PDF про эти датчики газа САКЗ-МК (но не моей модели! — скажите «спасибо» производителю и их путанному сайту). На этой схеме показаны сигналы, которые используются при каскадном соединении датчиков, которое было нарисовано на картинке в начале поста:

Схема назначения сигналов датчиков газа ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) и их каскадного включения

Судя по схеме, каждый датчик имеет два разъёма: «Вход» и «Выход», при помощи которых может получать состояние предыдущего датчика, а также отдавать своё состояние на следующие датчики по цепочке.

Я распишу назначение сигналов разъёмов моей модели датчика — САКЗ-МК СЗ-1-1Г:

Дополнительная информация будет такой:

  • ВСЕ контакты «GND» в пределах одного датчика соединены между собой (на всех разъёмах);
  • Логика ВСЕХ сигналов 12V — инверсная. Если напряжение на контакте разъёма есть — то сигнал НЕ активен. Если напряжения нет — сигнал активен. Сделано это, наверное, для того чтобы цепочка датчиков реагировала на обрыв соединительной линии или пропадание питания. Однако это приводит к тому, что при отключении от электропитания одного датчика в цепочке тревогу поднимут все датчики, которые находятся дальше по цепочке;
  • Токи, которые снимаются с контактов разъёма «Выход», ограничены в 1 мА (возможно, резистором в 10 кОм): даже если закоротить контакты разъёма на GND, ток выше 1,09 мА не поднимается.

Сзади датчика есть четыре переключателя для настройки его работы по внешним сигналам и по отключению электропитания. Сделаны они тоже в совковом безразличии: положение отверстия не совпадает с платой, и четвёртый переключатель еле-еле видно:

Переключатели для настройки режимов работы датчика газа ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г)

Я перечертил табличку из инструкции и пометил заводские и свои настройки:

Назначение переключателей настройки режимов работы датчиков газа ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г)

А теперь — соединим все знания в одно целое. Итак, у нас используется инверсная логика подачи сигналов: если напряжения на контактах разъёма «Вход» нет, то датчик будет паранойно поднимать тревогу. Чтобы отключить эти функции, используются переключатели «1» и «2».

Про анемометры:  Проверка вентиляции в многоквартирном доме: необходимость, методы, норма тяги

Переключатель «3», скорее всего, отвечает за датчик холла на клапане и контроль цепи катушки клапана: если он включен, то датчик будет пытаться контролировать клапан. Если выключен — то датчик будет только лишь выдавать импульс на закрытие клапана и забьёт на его контроль.

Ну а переключатель «4» как раз и отвечает за тот гимор, с которым все мучаются — за перекрывание газа при отключении питания датчика. И некоторые заказчики и правда мучились с этим, особенно при пусконаладке щитов. Ура, теперь я знаю, как отключить эту функцию!

ОКей! С переключателями и сигналами разъёма «Вход» мы разобрались. А вот с выходными сигналами, которые внутри датчика ограничены током в 1 мА, был нештатный геморрой. Я привык, что обычно мы выдаём такие сигналы транзисторами с выходом ОК — Открытый Коллектор (напоминаю пост про это) и что этот транзистор легко тянет обычную релюшку ABB CR-P (напоминаю пост), которая на 12V DC жрёт около 30 мА вместе с её индикаторным модулем.

Поэтому изначально щит (а я ещё и спешил с его сборкой) был собран в расчёте на то, что датчик будет питать релюшку, а релюшка будет отдавать состояние аварии датчика в ПЛК, как обычно. Чтобы развязать сигналы и на вход ОВЕНа не прилетело всякое гавно.

Ага, ну-ну! Конечно же эта релюшка не заработала. В утро, когда я датчик подключил и собирался видос снимать заказчику о том, что всё-всё работает. И началась отладка, которая попила у меня крови и сожрала два дня в общей сложности!

Чтобы не переподключать датчик, я воткнулся огрызками телефонной лапши прям в колодку реле, и начал ставить опыты с сигналами, потому что думал что быстренько вытравлю и спаяю платку развязки так, чтобы она прям в колодку реле и вставлялась…

Процесс отладки щита с ПЛК и датчиком газа САКЗ-МК: зубочистки пригодились

Если вы заметите у меня на столе зубочистки — то знайте, что это не гопницкое, а отладочное! Иногда они пригождаются для того, чтобы провода из колодок реле подпирать в рабочем угаре.

Сначала я хотел развязать всё при помощи оптопары, потому что не знал про ограничение тока в 1 мА: пускай слабый сигнал от датчика питает светодиод оптопары, а её выход уже активирует вход ОВЕНа. Потому-то и была идея спаять прикольную платку и воткнуть прям в колодку CR-P.

После этого я охренел и позвонил King2. И тот напомнил мне про то, что я очень не хотел делать — усилитель на транзисторе. У меня их и нет-то ни хрена. Валялось немного BC547 ещё с тех времён, когда я делал автооткрывалку для домофона — аж с 2022 года.

King2 помог мне технически и морально: подсказал проверить нагрузочную способность разъёма «Питание» датчика, которой как раз хватило для того, чтобы нормально запитать даже релюшку. То есть, ограничение по току есть только на разъёме «Выход», а на разъёме «Питание» — нет (но максимальный ток, который оттуда можно снять, не известен).

Собрал тестовую схемку с той же оптопарой — ЗАРАБОТАЛО! Уиии!!

Тест снятия сигнала о работе датчика САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) при помощи оптопары (нагрузка на питание)

Дальше я передохнул, покушал и подумал: а раз у меня тут транзистор, так нахера опторпара нужна? Пускай транзистор релюшкой и щёлкает, раз сам же датчик может её питать.

Так как в щит от датчика заходило четыре сигнала: Порог Вход, Порог Выход, 12V, GND, то я ещё раз подумал, наскрёб чуток компонентов и сделал на монтажной плате усилитель со всеми защитными диодами и резисторами. Позже (на фото этого ещё нет) добавил подтяжку базы к GND, чтобы помехи не давали ложных включений.

Простой усилитель сигнала ‘Порог’ с датчика САКЗ-МК на транзисторе BC547

Финальные испытания моего усилителя прошли успешно, и я стал готовить чистовую переделку щита.

Тесты усилителя сигнала ‘Порог’ с датчика САКЗ-МК – работает!

Усилители были запакованы в термоусадку с клеевым слоем, которую я удачно покупал к посту про бронированные кабели (выйдет на следующей неделе):

Усилитель сигнала ‘Порог’ запакован в термоусадку с клеевым слоем и готов к установке в щит

А финальная схема всех сигналов для датчиков САКЗ-МК СЗ-1-1Г стала вот такой:

Схема снятия сигналов датчиков газа ЦИТ САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) для подключения к щитам автоматизации и ПЛК

Кратко её опишу. К щиту нам надо подвести четыре провода. Можно использовать мой любимый кабель МКШ 5х0,35..0,5 или что-то аналогичное. 12V идёт на нормально замкнутую релюшку в щите, которая подаёт его на сигнал «Порог» разъёма «Вход», чтобы мы могли (разрывая этот сигнал) имитировать аварию для датчика и заставлять его сработать.

Те же 12V, GND и сигнал «Порог» разъёма «Выход» идут на простой усилитель на транзисторе, который питает релюшку (не забываем шунтировать катушку реле диодом!). Релюшка будет включена всегда, пока у датчика всё хорошо и нет тревоги. Когда она отключится — ПЛК будет считать, что датчик сработал по утечке газа.

Делаем тесты!

Вот на датчике нет аварии (релюшка включена):

Работа датчика газа САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) в щите с ПЛК: Аварий нет (‘Порог’ активен)

А вот датчик сработал (релюшка выключена):

Работа датчика газа САКЗ-МК (СЗ-1-1Г) в щите с ПЛК: Есть авария газа (‘Порог’ выключен)

Это были технические извращения. А логические извращения только начинаются. Знаете, почему? Потому что:

Поэтому если ПЛК выключает датчик газа, имитируя аварию, то сразу же «видит» аварию этого же датчика и начинает её регистрировать. И реагировать на неё, отключая другие нагрузки и подсистемы. Поэтому в ПЛК пришлось вводить хитрые тайминги и отключение функционала на момент пусконаладки щита.

Об этом вы узнате тогда, когда я напишу пост про тот щит. А пока смотрите видео с работой этого датчика и ПЛК:

Arduino-kit | электронные конструкторы и наборы, контроллеры, модули и датчики

Рассмотрим еще один датчик для обнаружения  утечки газа. Это датчик угарного газа MQ-7 (рис. 4.29).
Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана
Рис. 4.29. Датчик угарного газа MQ-7.

Основным источником выделения угарного гоза СО, является сгорание углеродного топлива при недостаточном количестве кислорода. Углерод “не догорает” и вместо углекислого газа CO2, в атмосферу выбрасывается угарный газ CO. Источником СО в доме, при неправильной эксплуатации, могут выступать дровяные печи, газовые конфорки, газовые котлы и прочая отопительная техника, работающая на углеродном топливе. В выхлопе бензинового двигателя автомобиля содержание СО может быть до 3%, а по гигиеническим нормам его должно быть не более 20 мг/м³ (около 0,0017%).
Угарный газ (CO) чрезвычайно ядовит, но при этом не обладает ни цветом, ни запахом. Попав в помещение с угарным газом, вы только по косвенным симптомам поймете, что подвергаетесь воздействию яда. Сначала головная боль, головокружение, одышка, сердцебиение, потом посинение трупа. Угарный газ соединяется с гемоглобином крови, отчего последний перестает переносить кислород тканям вашего организма, и первым страдает головной мозг и нервная система.Во-вторых, при определенных концентрациях он образует взрывоопасную смесь.
Поэтому датчик угарного газа – важный и необходимый компонент при построении “умного дома”.

Рассмотрим подключение датчика MQ-7 к плате Arduino Mega и модулю NodeMcu ESP8266.

4.6.1. Подключение датчика MQ-7 к плате Arduino Mega

Подключение датчика MQ-7 к плате Arduino Mega мы будем производить по аналоговому входу. Питание для датчика берем также с платы Arduino. Схема соединений представлена на рис. 4.30.
Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана
Рис. 4.30. Схема подключений датчика MQ-7 к плате Arduino Mega

Загрузим на плату Arduino Mega скетч получения данных с датчика MQ-7 и вывода в последовательный порт Arduino. Процедуры определения по данным, приходящим с аналогового входа ppmcarbonmonoxide().
Содержимое скетча представлено в листинге 4.12.
Листинг 4.12

#include<TroykaMQ.h>#define INTERVAL_GET_DATA 2000  #define MQ7PIN         A11MQ7 mq7(MQ7PIN);

unsignedlong millis_int1=;
 
voidsetup(){
  
  Serial.begin(9600);
  
  mq7.calibrate();
  mq7.getRo();
}
 
voidloop(){
   if(millis()-millis_int1 >= INTERVAL_GET_DATA) {
      float  carbonmonoxide= get_data_ppmcarbonmonoxide();
      
      Serial.print("carbonmonoxide=");
      Serial.print(carbonmonoxide);
      Serial.println(" ppm ");
      
      millis_int1=millis();
   }
}

floatget_data_ppmcarbonmonoxide(){

  Serial.println(mq7.readRatio());
  float value=mq7.readCarbonMonoxide();
  
  return value;
}

Загрузим скетч на плату Arduino Mega, откроем монитор последовательного порта и увидите вывод данных о содержании угарного газа CO.
Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Рис. 4.31. Вывод данных датчика MQ-7 в монитор последовательного порта.

Скачать данный скетч можно на сайте www.anemometers.ru по ссылке.

4.6.2. Подключение датчика MQ-7 к модулю NodeMcu ESP8266

Теперь рассмотрим подключение датчика MQ-7 к модулю NodeMcu ESP8266. Датчик MQ-7  подключаем к входу y3 мультиплексора. Для выбора аналогового входа мультиплексора используем контакты D5, D7, D8 модуля Node Mcu. Схема соединений представлена на рис. 4.32.
Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана
Рис. 4.32. Схема подключений датчика MQ-7 к NodeMcu ESP8266

Загрузим на модуль NodeMcu скетч получения данных с датчика MQ-7 и вывода в последовательный порт Arduino. Для выбора аналогового входа мультиплексора y3 подаем на контакты D5, D7 высокого уровня HIGH, на контакт D8 сигнал низкого уровня LOW. Процедура определения содержание угарного гоза СО в  ppm –  ppmcarbonmonoxide().
Содержимое скетча представлено в листинге 4.13.
Листинг 4.13

#include<TroykaMQ.h>#define INTERVAL_GET_DATA 2000  #define MQ7PIN         A0MQ7 mq7(MQ7PIN);

unsignedlong millis_int1=;
 
voidsetup(){
  
  pinMode(14,OUTPUT);
  pinMode(13,OUTPUT);
  pinMode(15,OUTPUT);  
  
  Serial.begin(9600);
  
  digitalWrite(14,HIGH);
  digitalWrite(13,HIGH);
  digitalWrite(15,LOW);    
  
  mq7.calibrate();
  mq7.getRo();
}
 
voidloop(){
   if(millis()-millis_int1 >= INTERVAL_GET_DATA) {
      
      digitalWrite(14,HIGH);
      digitalWrite(13,HIGH);
      digitalWrite(15,LOW);     
      float  carbonmonoxide= get_data_ppmcarbonmonoxide();
      
      Serial.print("carbonmonoxide=");
      Serial.print(carbonmonoxide);
      Serial.println(" ppm ");
      
      millis_int1=millis();
   }
}

floatget_data_ppmcarbonmonoxide(){
  Serial.println(mq7.readRatio());
  float value=mq7.readCarbonMonoxide();
  return value;
}

Загрузим скетч на модуль Node Mcu, откроем монитор последовательного порта и видим вывод данных, получаемых с датчика MQ-7 (рис. 4.33).
Датчики газа (метана) ЦИТ  САКЗ-МК и ОВЕН ДЗ1-CH4: обзор и подключение к ПЛК – CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Про анемометры:  Установка жгутов и датчиков АБС ГАЗ-33104 Валдай Евро 3

Рис. 4.33. Вывод данных датчика MQ-7 в монитор последовательного порта

Скачать данный скетч можно на сайте www.anemometers.ru по ссылке .

Датчик угарного газа | каталог самоделок

Неудивительно, что одним из популярных объектов автоматики на базе Arduino стал датчик, реагирующий на наличие угарного газа в воздухе. Использование данной системы может потребоваться в любом помещении, нуждающемся в пожарной безопасности или контроле уровня опасного газа – окиси углерода СО, то есть практически везде. Этот газ невозможно распознать без специальных устройств, так как он не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому пользу подобного датчика трудно переоценить и его широко применяют как в системах “Умный дом”, так и в промышленности.

Сборка устройства предельно проста, не требует каких-либо ещё компонентов и состоит из датчика типа MQ-7 и платы Arduino.

Датчик угарного газа

Датчик угарного газа

Датчик имеет четыре выхода: питание – VCC ( ) и GND (-), аналоговый и цифровой. Аналоговый выход подключается к микроконтроллеру и выдает текущий уровня газа, а цифровой – выход сравнителя напряжений, который срабатывает при достижении определенного уровня газа.

Датчик угарного газа

Датчик угарного газа

Датчик угарного газа

Рабочая температура колеблется в пределах от минус 25 до плюс 85 градусов по Цельсию.

Как и все датчики газа, MQ-7 выдает корректные данные только после разогрева сенсора, что по времени занимает около 20 секунд. Чувствительность MQ-7 регулируется с помощью потенциометра, расположенного на его модуле и варьируется от 20 до 2000 ppm.

Датчик угарного газа

Высокочувствительный датчик определяет наличие газа за микросекунды, после чего передает сигнал на микроконтроллер и далее действует согласно кодировке скетча, например, зажигает красный светодиод и запускает исполнительный механизм – сирену. Для заливки скетча скачайте программу на официальном сайте производителя плат, либо используйте один из предложенных в сети.

В наличие есть скетч:

//Arduino Sample Code

void setup() {

Serial.begin(9600); //Set serial baud rate to 9600 bps

}

void loop()

{

 int val;

 val=analogRead(0);Read Gas value from analog 0

 Serial.println(val,DEC);//Print the value to serial port

 delay(100);

}

Стабильность характеристик, долговечность и простота этого устройства в купе с доступностью для любого потребителя сделали его одним из самых востребованных.

Приобрести составляющие данного устройства можно на сайте Али Экспресс, который давно зарекомендовал себя как надежный поставщик и, в большинстве случаев, предлагает абсолютно бесплатную доставку практически любого товара.

Модули АРДУИНО и ДАТЧИК ГАЗА можно найти на AliExpress по запросам MQ7 – датчик газа / arduino uno – сам модуль

Датчик угарного газа. схема анализатора концентрации угарного газа

Угарный газ или оксид углерода, СО (не путать с С02)— один из наиболее опасных продуктов горения. Он входит в состав практически любого дыма и выделяется при тлении абсолютно всех органических или углеродосодержащих соединений. Это смертельно опасный газ. Он совершенно не пахнет, что сводит на нет его обнаружение органами чувств. Человек может понять о наличие угарного газа в вдыхаемом воздухе лишь по первым симптомам отравления, а во многих случаях это уже поздно.

Интоксикация организма нарастает стремительно и предпринимать какие-либо попытки к спасению практически невозможно, так как угарный газ может “отключить” сознание человека за несколько секунд.

Датчика угарного газа TGS5042

Основное биологическое воздействие угарного газа на организм человека состоит в связывании оксидом углерода гемоглобина в красных кровяных тельцах. Этим ставится практически непреодолимый барьер для доступа кислорода к клеткам организма, и последний просто перестает функционировать. С этим газом можно столкнуться практически везде, около газовых плит и колонок, на оживлённых дорогах, в банях и в домах с печным отоплением. Поэтому иметь дома датчик-индикатор опасной концентрации оксида углерода очень рекомендуется.

Фирма Figaro Engineering может нам в этом помочь, несколько лет назад, она выпустила на рынок недорогой датчик угарного газа с жидким электролитом TGS5042. Своим внешним видом и габаритами он напоминает обычную батарейку типа АА, способен функционировать в большом диапазоне температур от -40 до 70 °С при концентрации оксида углерода от 0 до 10000 ррт. По сравнению с аналогичными моделями TGS5042 имеет ряд плюсов. В нём применен слабощелочной электролит, удовлетворяющий всем требованиям современной техники безопасности, полностью отсутствуют утечки электролита из корпуса, нет никакого износа электродов и расход химических элементов преобразователя в процессе работы. Он обладает низкой чувствительностью к другим видам газов, и крайне низкую стоимость (от 23 бакинских), длительный срок работы и простой алгоритм настройки схемы.

Этот тип преобразователя мы и задействовали в нашем приборе, схема которого приведена на рисунке чуть ниже. Устройство фиксирует наличие оксида углерода в воздухе и измеряет уровень его концентрацию в диапазоне от 1 до 999 миллионных долей (ррт). Результат измерения выводится на трёхразрядный семиэлементный светодиодный индикатор HG1. В случае превышения концентрации в 100 ррт вырабатывается звуковой сигнал, поступающий на пищалку НА1.

Выходной ток преобразователя В1 прямо пропорционален концентрации угарного газа в воздухе с коэффициентом преобразования от 1,2 до 2,4 нА/ppm. С помощью операционного усилителя DA1 (MAX9001ESD), ток датчика преобразуется в напряжение, которое измеряется цифровым вольтметром, выполненным на микросборках DA2 и DD1. При коэффициенте преобразования 2 нА/ppm и сопротивлении R1=500 кОм концентрации в 1000 рргл соответствует напряжение около 1 В на выходе операционника.

В DA1 кроме ОУ есть прецизионный источник напряжения 1,23 В и компаратор напряжения с шириной петли гистерезиса 2 мВ. На один из входов компаратора следует напряжение с выхода ОУ, а на другой — с помощью резистивного делителя R2-R3 образцовое напряжение уровнем 100 мВ, что соответствует концентрации в 100 рргл. При превышении напряжением с выхода ОУ этого значения, логический уровень на выходе компаратора станет низким, транзистор VT2 откроется и через него на звуковой излучатель НА1 проследует напряжение питания. Частота встроенного в излучатель генератора регулируется номиналом емкости С4.

Микросборка DA2 типа СА3162Е уже есть готовый вольтметр с диапазоном измерения от 0 999 мВ, оснащённый блоком динамической индикации. Для его работы с светодиодным индикатором необходимо добавить в схему лишь преобразователь кода DD1 на микросборке СА3161Е и три транзисторных ключа VT3—VT5.

Чтобы исключить вероятность поляризации датчика, при отключенном напряжении питании требуется соединять его выводы между собой. Для этого в конструкцию был введен р-канальный полевой транзистор VT1 типа J177, открытый при отсутствии напряжения питания, но запирающийся при подаче на его затвор уровня в 5 В относительно истока. Блок питания должен быть обязательно стабилизированным и рассчитанным на ток нагрузки не ниже 200 мА.

Настройку измерительного устройства начинают с калибровки цифрового вольтметра. Вначале на вход DA2 (вывод 11) временно отсоединяют от выводов 3 и 10 DA1 и подключают его к общему проводу (минус). Подстроечным сопротивлением R4 добиваются нулевых показаний на светодиодном индикаторе. Затем подают на вывод 11 постоянное напряжение 999 мВ и подстроечным сопротивлением R5 задают на цифровом индикаторе число 999. После этого соединение выводов 3 и 10 DA1 с 11 ножкой микросхемы DA2 восстанавливают.

Информация об индивидуальном коэффициенте преобразования TGS5042 нанесена на корпус каждого экземпляра. Если он отличается от 2 нА/ppm, то сопротивление R1 требуется настроить обратно пропорционально этому коэффициенту. Образцовое напряжение на входе компаратора (вывод 11 микросборки DA1), соответствующее требуемому порогу включения звуковой сигнализации, устанавливают подборкой сопротивлений R2 и R3.

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе установлены в Российской федерации в миллиграммах на кубический метр. Согласно нормам, концентрация угарного газа в открытом воздухе не должна быть более 3 мг/м3 (среднесуточная) и 5 мг/м3 (пиковая), а в воздухе закрытого помещения не более 20 мг/м3 в течение всего дня не более 50 мг/м3 — в течение одного часа, 100 мг/м3— в течение 30 мин или 200 мг/м3 в течение четверти часа. Для угарного газа 1 мг/м3 эквивалентно 0,86 ррт.

Датчики дыма и угарного газа ajax fireprotect plus

Не могу не написать про ещё одни очень красивые датчики угарного газа, работающие в системе Ajax — FireProtect Plus. Обычный FireProtect — это датчик дыма, а Plus — дыма и угарного газа.

Выглядят вот так:

Бывают белого и чёрного цвета. Стоимость на начало 2022 года 5590 рублей. Размеры 132х132х31мм.

В датчике есть сенсор дыма, температурный сенсор (срабатывает на 59 градусов) и сенсор СО.

Датчики беспроводные, работают от двух батареек CR2032. Работают в составе системы охранно-пожарной сигнализации Ajax, либо можно через приёмник подключить эти датчики к любой проводной системе или системе Умного Дома.

В датчик встроена сирена, при тревоге она включается, также можно настроить включение сирены у всех датчиков при срабатывании тревоги не одном.

Про анемометры:  Настройка, регулировка мощности газового котла | Строй легко

Очень много датчиков угарного газа можно найти на Aliexpress, они работают автономно — при тревоге включают сирену. Настоятельно рекомендую купить хотя бы таких датчиков, если у вас есть возможный источник угарного газа, и периодически проверять их работоспособность (на корпусе есть кнопка включения сирены).

Детектор угарного газа — контроль качества

Ключевой особенностью контроля качества в процессе производства детекторов угарного газа видится калибровка приборов. Сенсорам более высокого качества придаётся  газовый мониторинг, постоянно оценивающий локальную концентрацию CO по сравнению с внутренним стандартом.

Этот процесс калибровки позволяет датчикам различать нормальный фоновый уровень и опасно высокую концентрацию. При нормальных условиях приемлемый фоновый уровень CO может достигать 25-35 миллионных долей (PPM).

Калибровка современных детекторов угарного газа
Калибровка современных беспроводных детекторов угарного газа выполняется легко при помощи входящих в комплект компонентов и специального программного обеспечения

Вредное воздействие проявляется, если концентрация достигнет диапазона 75-100 миллионных долей. Стандарты, установленные для сенсоров CO, требуют:

  1. Подачи сигнала тревоги в течение 90 минут после воздействия CO на уровне 100 PPM;
  2. Подачи сигнала тревоги в течение 35 минут при воздействии 200 PPM CO на миллион;
  3. Подачи сигнала в течение 15 минут при воздействии 400 PPM CO на миллион.

Приборы ранних выпусков традиционно калибровались вручную. Для этого прибор помещали в среду с предварительно известной концентрацией угарного газа, после чего выполнялись измерения результатов.

Однако такой процесс отличался дороговизной и занимал массу времени, поэтому применялся только к промышленному оборудованию. Развитие технологий и появление бытовых определителей CO требовало более эффективных методов калибровки.

В результате высококачественные современные детекторы оснащаются внутренними функциями калибровки. Такие функции автоматически (или нажатием одной кнопки) включают диагностические тесты с низким уровнем выбросов газов для подтверждения точности и рабочего состояния датчика.

Если схемой детектора угарного газа обнаруживаются какие-либо проблемы, электроника генерирует специальный звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о неисправности датчика. Кроме того, каждый современный бытовой детектор CO снабжён тестовой кнопкой, позволяющей оценить цепь аварийной сигнализации вручную.

Детектор угарного газа — технология электрохимического зондирования

Технология электрохимического зондирования рассматривается наиболее эффективным методом обнаружения. Эта технология используется в качестве отраслевого стандарта для профессионального измерительного оборудования.

Схема датчика угарного газа по принципу электрохимического зондирования
Упрощённая схематика сенсора электрохимического зондирования: 1 – верхняя пластина; 2 – капиллярно-диффузионный барьер; 3 – сенсор рабочего электрода; 4 – свинцовый анод; 5 – токоприёмники; 6 – контактные ножки; 7 – корпус детектора; 8 — изолятор

Такой датчик CO мгновенно обнаруживает присутствие вещества, благодаря технологическому принципу (IDR — Instant Detection and Response) быстрого реагирования.

К тому же детекторы, построенные по технологии электрохимического зондирования, не реагируют на другие газы кроме угарного газа, плюс обеспечивают точность измерений в пределах /- 3%.

Детектор угарного газа и фактор источника питания

Не менее важным конструктивным фактором датчиков является тип источника питания. Доступны для применения разные конструкции, как детекторы с питанием от батареи, так и от сети переменного тока.

Детекторы CO с батарейным питанием относительно легко устанавливаются и транспортируются, способны работать при отсутствии централизованной подачи электроэнергии. Установка таких дымовых детекторов видится актуальной для систем аварийного отопления.

Тем не менее, батареи питания требуют замены не реже одного раза в два года. С другой стороны, подключаемые к питанию от сети переменного тока газовые детекторы, не требуют замены аккумуляторных батарей.

Между тем в дополнение к моделям индивидуальным по аккумуляторному и сетевому питанию, доступны в продаже и модели универсального питания. Этот стиль конструкции позволяет получать более эффективный результат детекторов угарного газа, когда сигнал тревоги отправляется вне зависимости от сбоев системы питания.

Исполнение детекторов угарного газа

Детекторы CO традиционно собраны на базе следующих компонентов:

  • датчик угарного газа,
  • микропроцессор,
  • визуальный элемент – дисплей,
  • цепь сигнализации,
  • печатная плата для электронных компонентов.

Производство на детектор угарного газа включает три основных этапа:

  1. Изготовление отдельных электронных компонентов и монтаж на печатной плате.
  2. Изготовление корпуса прибора.
  3. Сборка компонентов, тестирование производительности.

Конструктивное исполнение датчиков угарного газа

Важным конструктивным фактором детектора угарного газа является тип датчика. Детекторы домашнего применения разрабатываются несколькими разновидностями. Самая простая – так называемая «карта обнаружения». Имеются в виду карты из ДВП, напечатанные точкой, которая химически меняет цвет при воздействии угарного газа.

Такой тип детектора не подаёт сигнал тревоги, поэтому требует регулярных проверок для определения, подвергалась ли точка воздействию окиси углерода. Конструкции подобного типа недороги (250-1000 руб.) и характеризуются как системы, не способные обеспечить достаточной защиты и неприменимые для использования в качестве основного детектора.

Другой тип био-миметический гелевый датчик угарного газа представляет уже более сложную технологию, предназначенную для имитации реакции организма на окись углерода путём постоянного поглощения газа. Однако, поскольку работа этого типа датчика основана на поглощении окиси углерода, прибор не способен правильно обнулять значения, что приводит к ложным тревогам.

Детектор угарного газа на базе био-миметической гелевой схемы
Упрощённая схематика сенсора, выполненного по принципу био-миметического гелевого прибора: 1 – источник инфракрасного излучения; 2 – гемоглобин подобный гель; 3 – инфракрасный сенсор генератора тревожного сигнала

Кроме того, био-миметический гелевый датчик угарного газа имеет функцию сброса действия вплоть до 48 часов после очередного воздействия.

Соответственно, в течение этого времени дома, оборудованные такими приборами, фактически остаются незащищёнными. Поэтому металлооксидные датчики угарного газа видятся более точными и удачно подходящим типом датчиков для бытового сектора.

Металлооксидные детекторы на дымовые газы

Этот тип детектора построен на твердотельных контурах диоксида олова. Благодаря таким контурам, быстро очищается и постоянно контролируется воздушная масса, проверяемая на присутствие CO.

Детекторы, построенные по металлооксидной технологии, способны отображать концентрацию угарного газа в виде цифровых показаний. При достижении определенного уровня угарного газа, устройство извещения издаёт звуковой сигнал.

Однако, учитывая все функциональные преимущества, следует принять во внимание и недостаток. Металлооксидные детекторы угарного газа ограничены в плане возможностей самодиагностики для определения эффективности или рабочего состояния.

Кроме того, этот тип детекторов показывает высокий уровень чувствительными к газам, отличным от окиси углерода, которые также могут появляться в составе домашней атмосферы. Например, к ложному срабатыванию детектора может привести использование обычного пропеллента (аэрозольного баллона) с лаком для волос.

Упрощённая схема металлооксидного детектора угарного газа
Упрощённая схематика сенсора металлооксидного типа: 1 – рабочие электроды; 2 – чувствительный к угарному газу материал; 3 – подогреваемая мембрана; 4 – микроэлектромеханическая основа

Точность измерений металлооксидных датчиков с мембраной может измениться практически на 40%, спустя полгода применения. Отсюда более привлекательным выглядит следующий тип детектора угарного газа на основе технологии электрохимического зондирования с мгновенным обнаружением и реагированием.

Перспективы развития технологий детекторов дыма

Будущее детекторов CO рисуется фактом постоянного развития технологий, совершенством электроники, чувствительной по отношению к газам. Выше отмеченная технология IDR является одним из примеров передовых прорывов.

Перспективные модели детекторов угарного газа видятся оснащёнными расширенными функциями. Повышенная управляемость, обеспеченная компьютеризированными интерфейсами, обещает более удобные и функциональные системы.

Последствия отравления угарным газом

При вдыхании человеком окиси углерода, отмечается подавление способности крови переносить кислород в органы тела. Фактор кислородной недостаточности вызывает разные повреждения в зависимости от уровня воздействия. Низкий уровень воздействия может вызывать гриппоподобные симптомы, включая:

  • одышку,
  • лёгкие головные боли,
  • усталость,
  • тошноту.

Более высокий уровень воздействия угарного газа вызывает:

  • головокружение,
  • частичную или полную потерю сознания,
  • сильные головные боли,
  • тошноту и рвоту.

Разборка детектора

Во время разборки устройства интересовали две вещи: как обеспечить более низкое энергопотребление и как выглядит электрохимический датчик угарного газа. Под батарейками есть обычные пластиковые элементы на пружинах, трудно определить предназначение этой конструкции.

Теперь измеряем энергопотребление, оно меняется в течение 15 секунд с 130 до 170 мкА. Когда подключаем осциллограф, можно видеть циклические изменения в потреблении тока, пик 20 мА возникает из-за мигающего диода каждые 30 секунд.

Внутри виден металлический цилиндр – это датчик угарного газа. Есть также дроссель и некий трансформатор, который обеспечивает повышение напряжения сирены. Кварцевый резонатор, синхронизирующий микроконтроллер с низкой частотой, также положительно влияет на энергоэффективность.

Странно что ЖК-дисплей имеет отдельную схему управления и не управляется напрямую от основного микроконтроллера. Возможно, здесь есть поле для энергосбережения. Каждое мигание точки на дисплее сопровождается цифровой передачей на ЖК-модуль.

Основной микросхемой управления является МК PIC16F883 с технологией nanoWatt. Электрохимический датчик имеет фильтр / диафрагму с одной стороны. Во время работы на клеммах датчика напряжение 10 мВ. Операционный усилитель CMOS MCP604 расположен на плате.

Корпус имеет несколько небольших отверстий, но видно этого достаточно для обнаружения окиси углерода.

Технологии обнаружения угарного газа

Технологии обнаружения угарного газа первоначально разрабатывались исключительно для промышленного применения. Так, химической промышленностью используется ряд электронных датчиков угарного газа для аналитических применений.

Ранние промышленные датчики угарного газа включали двухкамерное устройство, которым окислялась окись углерода и сравнивалась температура окисления от испытательной камеры до контрольной камеры.

Схема промышленного детектора на угарный газ
Схема промышленного сенсора CO (O2): 1 – источник инфракрасного излучения; 2 – вход анализируемого вещества; 3 – выход анализируемого вещества; 4 – прерыватель; 5 – измерительная ячейка; 6 – передняя расширительная камера; 7 – задняя расширительная камера; 8 – датчик массового расхода; 9 – детектор; 10 — мотор

Такой тип окисления требует специального катализатора на основе оксида платины, а также источника тепла для сжигания окиси углерода. Подобного рода системы неприемлемы для домашнего использования по причине сложности эксплуатации, существенных финансовых затрат и отсутствия функции чувствительности.

Тем не менее, последние десяток лет детекторы угарного газа бытового применения стали доступны для производства, благодаря усовершенствованным передовым технологиям обнаружения угарного газа.

Другие ключевые факторы также способствовали росту популярности производства бытовых детекторов угарного газа. Одним таких факторов является рост использования других бытовых приборов безопасности, подобных дымовой сигнализации.

Детектор угарного газа - бытовое исполнение
Вариант современного прибора бытового назначения – компактное, удобное для установки исполнение, плюс достаточно высокая эффективность определения

Теперь относительно недорогие детекторы угарного газа доступно приобрести в свободной продаже по цене 1800-2500 рублей. Фактически, для большей части городов требуется установка детектора (дымового) угарного газа внутри каждого отдельно взятого отеля, жилого дома, квартиры.

Подведем итог

В  общем ожидалось прямое управление ЖК-дисплеем, например, микроконтроллером Freescale / NXP со встроенным контроллером сегмента экрана или какого-нибудь сверхэкономичного микроконтроллера, например Renesas. И не предполагалось что электрохимический датчик будет таким большим, особенно после обзора аналогичного MQ-2.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector